太阳能的主要利用形式有太阳能的光电转换、光热转换以及光化学转换三种主要方式。
光电转换。光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的光电转化装置，由几乎全部以半导体材料制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表和计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并给电网供电。光伏板组件可以制成不同的形状，并且组件可连接，能产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。此外，对于光电转换的利用，目前已有太阳能汽车、太阳能电池等。
光热转换。太阳能清洁环保，无任何污染，利用价值高，没有能源短缺。它的种种优点决定了其在能源更替中不可取代的地位。现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力，如利用太阳能研发的太阳灶、太阳能烤箱、太阳灶反光膜、太阳能开水器等系列产品。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备。
光化学转换。植物利用太阳光进行光合作用，合成有机物。因此，可以人为模拟植物光合作用，大量合成人类需要的有机物，提高太阳能利用效率。